ถ้าพูดถึงคำว่า Transition Frequency ที่เกี่ยวข้องกับ งาน Home Theater หลายท่านคงยังไม่คุ้นเคยว่าคืออะไร? บทความ ในเดือนนี้ ผมจึงเขียนเรื่องที่เกี่ยวกับ Transition Frequency ว่า หมายถึงอะไร? หาได้อย่างไร? และมีความสำคัญกับเสียงในห้องฟัง หรือห้อง Home Theater อย่างไรบ้าง?

ก่อนหน้าที่จะพูดถึง Transition Frequency ก็ต้องพูดถึงพื้นฐาน เรื่องความถี่ที่ถูกแบ่งเป็นกลุ่มต่างๆ ในห้องฟัง เนื่องจากการเกิด distortion หรือความบิดเบี้ยวของคลื่นเสียง โดยปกติจะแบ่งความถี่เป็น 3 กลุ่ม ตามการแบ่งของ Dr. Floyd Toole เจ้าพ่อในเรื่อง Acoustics ของห้อง ขนาดเล็ก ได้แก่… Modal Region, Transition Region และ Acoustics Statistical Region

Modal Region ในส่วนนี้เป็นช่วงความถี่ต่ำที่ได้รับอิทธิพลจาก Room modes โดยตรง ทำให้คลื่นเสียงที่ออกมามีการเพิ่มขึ้นหรือลด ลงเป็น dips ของความถี่เสียง บางทีมีการ swing ระดับความดังของคลื่นเสียงอาจจะมีถึง 15dB หรือมากกว่านั้น โดยในแต่ละจุดของ Room modes จะมีช่วงห่างระหว่างกันที่ไม่ขึ้นต่อกัน เช่น ห้องหนึ่งอาจจะมี Room modes อยู่ที่ตำแหน่ง 25Hz, 45Hz และ 60Hz ที่ในแต่ละความถี่ ของ Room modes จะห่างกันเพียงพอทำให้เกิด dips ในแต่ละความถี่ โดย Room modes ที่มีพลังมากที่สุดใน Modal Region นี้ ได้แก่ Axial และ Tangential modes (สามารถหาอ่านเนื้อหาเรื่อง Room modes จากหัวข้อ Standing Wave ที่ผมเคยเขียนไว้ในนิตยสาร Audiophile/ Videophile ฉบับย้อนหลังได้) สำหรับการแก้ไข distortion ของคลื่นเสียง ใน Region นี้ โดยใช้วัสดุ Acoustics Treatment ต่างๆ นั้น ทำได้ยาก เนื่องจากว่าความยาวคลื่นของความถี่ต่ำเหล่านี้นั้นมีความยาวมาก การใช้แผ่น Acoustics หรือ Bass Traps ที่ตื้นๆ ไม่กี่แผ่น ส่วนมาก ไม่ส่งผลอะไรต่อความถี่ที่ต่ำกว่า 100Hz การแก้ไขที่ให้ผลได้ดีมากที่สุด ในส่วน Region นี้ ได้แก่…

• การกำหนดขนาดอัตราส่วนของห้องฟังเพื่อให้มีการกระจายของ Room modes ไปยังความถี่ต่างๆ ไม่ซ้อนทับกันที่ความถี่ใดความถี่หนึ่ง

• วัสดุที่ใช้ทำพื้น เพดาน ผนังของห้องฟัง ไม่ควรแข็งเกินไป เนื่องจาก จะทำให้เกิดการสะท้อนกลับไปกลับมาได้ง่าย ส่งผลให้คลื่นเสียงความถี่ต่ำถูก traps อยู่ระหว่างผนังนั้นๆ

• ตำแหน่งลำโพง ตำแหน่งนั่งฟัง ต้องอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม และมีความ สัมพันธ์กับตำแหน่งของ Room modes ภายในห้อง

• การใช้ Subwoofer หลายๆ ตัวเพื่อให้ Subwoofer เหล่านี้เกิด Inter-action ต่อกัน และสามารถช่วยลดความรุนแรงของ Room modes ที่เกิดขึ้น ในห้องได้

• การใช้ Equalization เพื่อลดพลังงานความถี่บางความถี่ที่ เกิดจาก Room modes ลง ท􀁎ำให้การตอบสนองความถี่ของคลื่นเสียง

มีความราบเรียบมากขึ้น และทั้งยังช่วยลดการเกิด ringing หรือ อาการค้างของเสียงเบสในส่วนของTime domain อีกด้วย

ต่อมาก็เป็น Region ที่สอง ได้แก่ Transition Region หรือก็คือความถี่ Transition Frequency ซึ่งจากชื่อก็บอกอยู่แล้วว่าเป็นการเปลี่ยนผ่าน จาก Region ความถี่ต่ำที่ถูกอิทธิพลของ Room modes ไปยังความถี่สูง ขึ้นที่ได้รับอิทธิพลเด่นจาก Reflected sounds แทน อธิบายให้เห็นภาพ ง่ายๆ ความถี่กลางและความถี่สูงภายในห้องฟังการตอบสนองก็จะเหมือนกับลูก Pool Ball ที่อยู่บนโต๊ะเมื่อเวลาถูกแรงมากระทำก็จะวิ่งกระจาย ไปทั่วบนโต๊ะ มีการชนกันสะท้อนกันกับขอบโต๊ะไปมาในทิศทางแน่นอน ตรงไปตรงมาจนพลังงานที่ได้รับมาหมดไป ซึ่งไม่เหมือนกับความถี่ต่ำที่เวลาฟังอยู่ในห้องฟังจะเกิดการ resonance หรือสะท้อนกลับไปมา ของเสียง ถ้าขนาดของห้องฟังพอดีกับความยาวคลื่นเสียงหนึ่งๆ ก็จะทำให้ เสียงที่ความถี่นั้นๆ เกิดการเสริมกันและมีเสียงที่ดังขึ้น ส่วนความถี่อื่นๆ ที่ไม่พอดีกับขนาดห้องก็จะไม่ถูก boost ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของลำโพง และตำแหน่งนั่งฟังในห้องด้วย โดยในบางความถี่ต่ำก็จะเสริมในบาง ความถี่ให้ดังขึ้น ในขณะที่บางความถี่ก็เกิดการหักล้างกัน และเมื่อขยับ ไปตำแหน่งต่างๆ ภายในห้องก็อาจจะมีความถี่อื่นๆ เกิดการเสริมกันหรือ หักล้างกันอยู่ด้วย ซึ่งการเกิด resonance ของเสียงแบบนี้ก็จะเหมือนกับ การที่เราเป่าอากาศเข้าไปที่ปากขวดเบียร์ แล้วมีเสียงก้องอยู่ภายในขวด เกิดขึ้น การเกิด resonance หรือ Room modes ก็เป็นลักษณะเดียวกัน

การที่จะรู้ได้ว่าห้องของเรามี Transition Frequency อยู่ที่เท่าไหร่ วิธีการหาแบบง่ายๆ ก็คือ เอา 1032 แล้วหารด้วยความยาวส่วนที่แคบ ที่สุดของห้องฟัง (ส่วนมากในห้อง Home Theater มักเป็นความสูง ของห้อง) ก็จะได้ความถี่ที่เป็น Transition Frequency อย่างเช่น ในห้องหนึ่งมีความยาวระหว่างผนังสองผนังน้อยที่สุดคือ ด้านความสูงเป็น 2.5 เมตร และเมื่อเอาค่า 2.5 มาหาร 1032 ก็จะได้ผลลัพธ์ เป็น 413Hz ดังนั้น ความถี่ที่เป็น Transition Frequency ใน ห้องนี้คือ 413Hz หรือถ้าห้อง มีความสูงเป็น 3 เมตร ก็จะได้ ค่า Transition Frequency อยู่ที่ 344Hz เป็นต้น จะเห็นได้ ว่ายิ่งห้องมีขนาดใหญ่มากขึ้น

Transition Frequency ก็จะลดลงไปเรื่อยๆ เนื่องจากว่า เมื่อห้องขนาด ใหญ่ขึ้น อิทธิพลของ Room modes ที่จะมีกับห้องก็น้อยลงเรื่อยๆ ไม่เหมือนกับในห้องฟังขนาดเล็ก เช่น ในห้อง Home Theater แต่ต้อง บอกไว้ก่อนว่า การหาค่า Transition Frequency โดยการคำนวณจาก ขนาดห้องเป็นการคาดคะเนแบบคร่าวๆ ในห้องจริงก็อาจแตกต่างไปบ้าง แต่ก็จะอยู่ในช่วงใกล้ๆ กัน หรือถ้าอยากรู้ค่าจริงให้แน่นอนกว่านี้ ในห้องฟังของเรา ก็สามารถทำได้โดยวัด Frequency Response ที่ตำแหน่งลำโพง on-axis แล้วค่อยๆ ขยับลำโพงออกไป off axis ทีละ 5 องศา แล้วมาดูกราฟ คราวนี้จะเห็นช่วงตำแหน่ง Transition Frequency ได้ชัดเจนขึ้น เพราะตรงบริเวณนี้จะมีการแยกกันของกราฟลงไป ในขณะที่ ตำแหน่งความถี่ที่อยู่ต่ำกว่า Transition Frequency จะไม่มีการแยก ลดลงของ level แต่อย่างไร

ช่วงความถี่ Transition Region ก็ยังได้รับอิทธิพลส่วนมากมาจาก Room resonances หรือ Room modes เช่นเดียวกับ Modal Region แต่ว่าในแต่ละ mode จะอยู่ใกล้กันแน่น ไม่ห่างกันเหมือน Modal Region โดยแต่ละ mode บางทีก็ส่งผลถึงกัน (interact) ได้ด้วย การจัดการแก้ไข distortion ของความถี่เสียงในช่วง Transition Region นั้น โดยปกติ จะง่ายกว่าการจัดการใน Modal Region สามารถใช้ทั้งวิธีการดูแลเรื่องอัตราส่วนของห้องให้ลดความรุนแรงของ Room modes และเนื่องจาก ความยาวคลื่นไม่ได้ยาวมากเหมือนในความถี่ต่ำทำให้สามารถใช้ Acoustics treatment ในการแก้ไขความผิดปกติของเสียงในช่วง Transition Region นี้ได้อีกด้วย

มาถึง Region สุดท้าย ได้แก่ Geometric/Ray Acoustics Statistical Region หรือที่บางคนเรียกว่า Speaker off axis region เนื่องจากว่า ความถี่ใน Region นี้ ไม่ว่าจะเป็นการฟังแบบ 2 Channels หรือใน Home Theater อิทธิพลที่มีผลมากที่สุดก็คือ การตอบสนองที่เกิดจาก ตำแหน่ง off axis ของลำโพง อ้าว… มาถึงตรงนี้หลายคนอาจจะงงว่า น่าจะเป็นปัจจัยจาก direct sound ไม่ใช่หรือที่มีอิทธิพลต่อเสียงใน Region นี้มากที่สุด อันนี้ต้องอธิบายว่า ถ้าใน Recording Studios หรือ การฟังแบบ near field แน่นอนว่า direct sound น่าจะมีบทบาทมากที่สุด แต่จากการศึกษาของนักวิจัยจาก Harman Research แสดงให้เห็นอย่าง ชัดเจนว่า ในห้องฟังที่เราใช้ฟังอยู่จริงๆ ตามบ้าน เมื่อเอา Frequency Response ของตำแหน่งนั่งฟังที่สูงกว่า Transition Frequency มา เปรียบเทียบกับการวัดในห้องไร้เสียงสะท้อน (Anechoic) พบว่าเสียงที่ ได้ยินนั้น ประมาณ 12 – 14% มาจาก direct sound อีก 44% มาจาก early reflected sound และอีก 44% นั้น มาจาก late reflected sound การควบคุมจัดการความถี่ใน Region นี้อาจจะใช้ Acoustics Treatment หรือวัสดุอื่นๆ วางไว้ตรงผนัง ตรงบริเวณพื้น หรือบริเวณ เพดานตำแหน่ง reflection ของเสียงก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงspectrum ของพลังงาน และ timing ของเสียงที่สะท้อนออกมา ทำให้ สามารถดูแลความถี่ที่สะท้อนออกมาจาก Reflection points ในห้อง และควบคุมระดับพลังงานโดยรวมของ late arriving ได้ รวมถึงการ เลือกใช้ลำโพงที่มีการตอบสนอง off axis ได้ดี ก็จะช่วยในการจัดการกับ คลื่นความถี่เสียงของ Region นี้ได้

จะสังเกตเห็นได้ว่า เรื่องของ Room modes หรือ Standing wave นับว่ามีความสำคัญในห้อง Home Theater เป็นอย่างมาก จึงขอสรุปเรื่อง ของ Room modes ที่น่าสนใจให้ได้เข้าใจกันมากขึ้นว่า Room modes คืออะไร? และจะส่งผลถึงคุณภาพของเสียงอย่างไรบ้าง?

• ห้องฟังทุกห้องย่อมเจอกับสภาพการสะท้อนของคลื่นเสียงไปมาที่อาจ จะเรียกได้หลายชื่อ เช่นคำที่คุ้นเคยว่า Room modes, Standing wave, Modal resonance หรือบางทีก็เป็นคำที่ไม่ค่อยได้ยิน เช่น Eigentones หรือ Eigenmodes แต่เหล่านี้ก็มีความหมายเหมือนกัน

• Room modes นับว่าเป็นสาเหตุหลักของ Acoustics distortion ในความถี่ต่ำกว่า Transition Frequency ทำให้เกิดpeak และ dips บน Frequency Response ที่มีระดับความรุนแรง 20dB หรืออาจจะ มากกว่านี้ได้อีก

• Modal resonance จะเก็บพลังงาน และบางทีก็เกิดการหักล้างของ พลังงานอย่างช้าๆ เมื่อเทียบกับความถี่ข้างเคียง ทำให้เกิดปัญหา distortion ของเสียงที่สามารถฟังออกได้ โดยบางทีเรียกกันว่า one note bass หรือ boomies

• ระบบที่เปิดฟังเสียงในห้องฟังแทบทุกระบบ ไม่ว่าอุปกรณ์จะแพง Super High End ขนาดไหน ก็ต้องพบกับปัญหา Room modes ที่จะส่งผลลบ ทำให้เกิดการ distortion ของเสียง

ดังนั้น ถ้ารู้สึกว่าเสียงความถี่ต่ำ, ความถี่กลางไปจนถึงต่ำในห้อง Home Theatre, ห้องฟัง 2 Channels หรือ ห้อง Recording Studio ออกมาไม่ดี ก็ต้องตั้งข้อสังเกตไว้ว่า ปัญหานี้น่าจะต้องเกี่ยวข้องกับผลลบ จากการเกิด Modal resonance ที่อยู่ต่ำกว่า Transition Frequency เราจึงต้องศึกษาหาความรู้ในวิทยาศาสตร์ของ Transition Frequency และ Room modes เพื่อจะได้เข้าใจ ทำให้สามารถลดหรือกำจัดสาเหตุ ที่ทำให้คุณภาพเสียงไม่ดี ส่งผลให้เสียงที่ออกมาจริงๆ ในห้องฟังของเรา มีความถูกต้องเหมาะสมมากยิ่งขึ้น. VDP

นิตยสาร AUDIOPHILE VIDEOPHILE ฉบับที่ 271